大气湿度对双功能材料捕获二氧化碳及催化甲烷化的增强效应研究

《Applied Catalysis A: General》：Enhancement of CO 2 adsorption on dual functional materials/catalytic methanation with varying moisture contents present in atmospheric ambient air

本文综述了Na基双功能材料（DFM）在直接空气捕获（DAC）过程中，不同湿度水平（2-5 mol%）对CO2吸附和催化甲烷化性能的影响。研究表明，适度湿度（≤4 mol%）可增强CO2吸附能力，而极端湿度（5 mol%）会导致性能下降，为DFM在真实气候条件下的应用提供了重要指导。

　　

亮点

DFM样品制备

0.25% Ru, 10% Na₂O/Al₂O₃颗粒采用初湿浸渍法制备，如先前报道[34]。实验确定Na₂O的最佳含量为10%，以实现最大CO₂化学吸附，避免团聚，并在加热和加H₂时高效转化为CH₄。这一结果在我们的参考文献[11]中已公开。将钠吸附剂前体碳酸钠（Na₂CO₃）的水溶液浸渍到300 μm的γ-Al₂O₃中。

在湿润条件（2-5 mol%湿度）下于40°C吸附并进行甲烷化的DFM研究

通过在不同湿度水平下考察吸附容量，并以甲烷化作为最终步骤来去除和测量所有残留的CO₂转化量，研究了湿度增强效应。选择了模拟环境空气进料中2至5 mol%的H₂O范围，其中下限模拟中等温度的春季条件（20°C下90%相对湿度），上限模拟潮湿的热带条件（40°C下80%相对湿度）。图2展示了平均值。

结论

在0.25% Ru, 10% Na₂O/Al₂O₃ DFM上进行的升高湿度循环吸附/甲烷化测试表明，CO₂吸附和CH₄生成的增强效果随着湿度水平升高至4 mol%而持续改善，这涵盖了大多数自然环境的湿度条件，但湿度可能高达5 mol%的热带地区除外。与2 mol% H₂O下的679.25 μmol/g吸附容量相比，4 mol%的湿度产生了745.09 μmol/g的吸附量，增加了10%。然而，在5 mol%时，部分失活导致吸附容量下降至712.50 μmol/g，比4 mol%时降低了4.4%。这些发现表明，适度湿度（高达4 mol%）通过促进CO₂在DFM表面的吸附而有益，而极端湿度（5 mol%）可能因竞争吸附或材料降解而导致性能下降。因此，在部署此类DFM进行直接空气捕获和甲烷化（DACM）时，应考虑环境湿度条件以优化性能。建议避免在湿度极低（如冰冻条件）或极高（如热带气候）的地区使用，以充分利用湿度增强效应。